酒糟堆肥化再利用研究进展

胡旭，吴耀领，李巧玉，陈先会，杨旻，陈茂飞，焦富

（贵州茅台酒股份有限公司，贵州仁怀 564500）

白酒丢糟作为白酒生产的副产物，具有酸性高、水分大、黏性强、极易霉变、不易贮存的特点，如果不能及时处理及利用，不仅会造成对土壤、水、空气的严重污染，也会破坏酿酒微生物生态环境，直接影响到白酒产业的可持续发展[1]。丢糟除含有较高的淀粉、蛋白质、纤维素和脂肪外，还含有丰富的磷、钾、维生素和氨基酸等成分[2]，常规营养成分见表1[3-4]。目前，对白酒丢糟的综合利用主要有生产饲料、有机肥料、食用菌培料、植物无土栽培基质、医药和生物质能源、生产酱油和食醋、制取鲜味剂等[5-6]。以酒糟为原材料生产有机肥具有较高的利用价值，是实现酒糟大规模资源化利用的有效途径。本文综述了丢糟生产有机肥的难点、研究现状以及丢糟有机肥的社会需求和应用效果，旨在为丢糟的再利用和白酒企业绿色发展提供新的可行途径。

表1 丢糟中常规物质的含量

1 丢糟生产有机肥的研究进展

目前，利用酒糟规模化生产有机肥的报道较少，大多数还停留在实验室阶段，利用酒糟生产有机肥主要从以下几方面研究：(1)以酒糟为原材料，在敞开式自然通风，搅拌翻动条件下进行高温好氧堆肥发酵。王兴胜等[7]采用此方式以酱香型白酒丟糟为原料进行好氧堆肥发酵，堆肥过程中堆体温度在第7 天达到50 ℃，且50 ℃以上维持了10 d，至堆肥结束，堆肥的种子发芽指数达到90.4 % 。温度是决定堆肥质量的重要因素，是使堆肥达到无害化和稳定化的重要条件[8-11]。丁敬等[12]认为堆体温度的高低决定着堆肥速度的快慢，可将其作为判定堆肥产品是否腐熟的指标之一，另外，未达到一定腐熟度的堆肥产品可能造成植物根系缺氧，烧苗等现象，种子发芽指数会明显降低[13]，搅拌、自然通风方式能够使丢糟堆肥完全达到腐熟要求。因受丢糟自身因素的影响，此方式的堆肥微生物生长受抑制，堆体升温慢，堆肥腐熟时间长，也造成营养的流失；(2)根据丢糟的特点，添加合适的填充物料，弥补丢糟堆肥发酵过程中不利的条件，改善丢糟堆肥的发酵环境，促进微生物快速生长，加速堆肥的腐熟，使酒糟有机肥快速达到安全无害化、资源化生产。王强义等[14]以酒糟为原料，以稻草秸秆、锯末粉和生石灰为填充料改善丢糟的C/N、透气性和酸度，高温堆肥发酵第6 天堆体温度达到56 ℃，持续12 d，在第4 天后的发芽指数即达到50 %以上，丢糟有机肥快速达到无害化腐熟标准。值得注意，在堆肥过程中有机氮在微生物的作用下被矿化分解转化为NH4+-N，一部分转化为氨气释放到堆体外，用生石灰过度调节丢糟的酸度，pH 值太高会加速氮素的损失[15-16]；(3)利用酒糟中富含营养成分以及具有降解能力微生物的特性，同其他固体废弃物混合，实现丢糟和有机废弃物的优劣互补，不仅能够高效的促进固体有机废弃物堆肥化处理，还可以加速酒糟堆肥化腐熟。李哲等[17]利用低水分酒糟疏松透气、酸度大的特点，结合污泥富含氮磷、质地细腻的性质，将二者适量混合后进行堆肥发酵，混合腐熟最快，肥质最佳。50%有机肥与50%的化肥配施，高粱产量、籽粒含氮量和植株磷钾吸收量分别比单施化肥增加12.55 %、36.70 %、22.22 %和29.20%，土壤有效氮，磷酸酶、脲酶和脱氢酶活性也显著提高。黄亚东等[18]以白酒糟和小麦秸秆为主要原料接入多种微生物菌株进行堆制发酵腐熟制成有机肥，结果表明，该有机肥经高粱施肥试验后，供试土壤的有机质、全氮、全磷及全钾含量各增加了30%左右，高粱产量均超过对照组；(4)添加具有高效降解能力的微生物菌剂。堆肥起始阶段接种具有高效降解能力的微生物，加速堆肥启动并快速促进丢糟堆肥的腐熟[19]。接种微生物中的嗜温菌不仅有利于缩短堆肥到达高温期的时间，还有利于促进堆肥高温期物质的降解和维持高温期时间。王和玉等[20]将具有高效纤维素降解能力和氨化作用并具有耐高温性的复合菌剂接种到以白酒丢糟为主要原料的堆肥中，结果显示接菌堆体比对照提前2 d 进入高温期，且高温期持续时间较对照长，堆肥结束，接菌堆体NO3-N 含量、有机氮和总氮含量分别比对照高出22.2 %、6.6 %和7.9 %，纤维素降解率、腐殖化指数（HI）和发芽指数（GI）分别比对照高18.7 %、113.5 %和8.6 %。总之，当前丢糟生产有机肥主要以改善丢糟堆肥发酵环境，促进堆肥发酵微生物生长繁殖的方式，实现丢糟快速达到安全无害化、资源化生产有机肥。

2 丢糟有机肥的社会需求以及应用效果

我国化肥的年使用量达4214 万吨，大大超出其他发达国家所设置的上限量，居世界第一，给环境和农业生产带来不同程度的污染和破坏。为了改善土壤环境和保护生态环境，有机肥的使用和推广将会成为一种新的趋势[21]。我国每年丢糟产量超过1 亿吨[5]，未经处理的酒糟排放到环境中容易造成环境污染和资源浪费，利用丢糟生产有机肥，为丢糟的资源化利用提供重要途径，是实现白酒产业绿色、健康、可持续发展的重要途径，得到白酒行业的高度重视。

目前，白酒丢糟生产的有机肥已经在农作物种植中表现出了良好的效果。席晓黎等[22]研究发现丢糟发酵生产的有机肥可提高白菜的维生素C 和可溶性糖含量，提高白菜品质和口感；浩折霞等[23]利用酒糟牛粪堆肥复配育苗基质，该基质培育的瓜果类蔬菜幼苗根茎体积、百株鲜质量、根系活力、叶绿素总量均高于其他配方基质；曾晶等[24]的田间试验表明，酒糟型生物有机肥提高了豆角的产量,增加了豆角果实中可溶性糖含量,减少了豆角果实中硝酸盐、亚硝酸盐和粗纤维的含量，增加了维生素C 含量；贵州茅台集团利用酱香型白酒丢糟生产优质有机肥，并对肥效进行了验证，建立了年产8万吨有机肥生产线，年处理酒糟12 万吨，生产的有机肥产品目前已施用于茅台有机高粱种植基地。此外，丢糟有机肥在茶叶、烟草、水稻等作物的栽培中以及土壤改良上都取得了良好的效果[25-28]。

3 好氧堆肥工艺流程及利用酒糟生产有机肥存在的难点

3.1 高温好氧发酵生产有机肥工艺流程

高温好氧堆肥化是将有机物料与填充料按一定的比例混合，在合适的水分、碳氮比、通气条件、pH值下，使微生物繁殖并降解有机质，从而产生高温，杀死病原菌及杂草种子，使有机物达到稳定化[29-30]。高温好氧堆肥的工艺流程包括预处理、堆肥发酵及后加工处理三个部分，具体如图1所示。

图1 高温好氧堆肥工艺流程

3.2 利用酒糟生产有机肥存在的难点

丢糟作为堆肥原料生产有机肥，因其自身的特性，在堆肥过程中存在一定的困难，难点在于：(1)白酒丢糟含水量高、透气性差。好氧堆肥过程中堆体的含氧量影响堆体微生物的种群数量和活性，氧气充足可以加速有机质分解、减少恶臭气体的产生，促进腐熟；氧气缺乏，好氧微生物生命活动受到限制，分解速度降低，堆体升温困难[31]。丢糟作为原料生产有机肥，具有含水量高（一般在50 %～60%），黏度大，透气性差，氧气不易融入的特点[32]，不利于发酵的进行，同时，易造成局部厌氧发酵产酸，并产生恶臭气体，堆肥无法正常进行[33]。因此，丢糟堆肥过程中利用搅拌、翻堆或适当添加废弃稻草等疏松剂有益于增大氧气的融入，促进好氧发酵。王强义等[34]在酒糟堆肥原料中添加了秸秆、米糠、锯木面3 种原料，增加了堆体的孔隙度，提高了堆肥含氧率，堆肥第2天即进入高温期，有效促进了发酵的进行；(2)白酒丢糟酸度大。酸度是影响微生物活性的重要因素，好氧堆肥过程中微生物生长最适宜的pH 是中性和弱碱性，pH 太高或太低都会影响堆肥效率[35]。白酒丢糟pH值介于3.4～4.0[36-37]，酸度较高，微生物很难在丢糟中定植并快速堆肥化发酵。王和玉等[20]利用pH 值为3.5 左右的酒糟进行好氧发酵堆肥，堆积第6 天堆体才进入高温阶段，周莲等[38]以酒糟为原料进行好氧堆肥，调节堆体pH 值至7 左右，堆肥第1 天堆肥即进入高温阶段。丢糟堆肥过程中适当调节原料的pH值，能够加速堆肥的好氧发酵；(3)丢糟中好氧微生物种类和数量低。白酒蒸馏时已将酒糟中绝大多数的微生物杀死，存放过程中尽管也会滋生微生物，但多以厌氧微生物为主，不利于丢糟堆肥自然发酵和有机物质的降解[39]。为了缩短丢糟堆肥发酵的启动时间，加速丢糟堆肥化进程，发酵前可适当添加微生物菌种以提高好氧堆肥发酵速度[40-42]。微生物菌种应以好氧性、适应性强、繁殖速度快、产纤维素酶及淀粉酶能力强的细菌或真菌为主。杨新等[43]以地衣芽孢杆菌、空气芽孢杆菌、黑曲霉等制备高温复合菌剂，添加到酒糟原料中进行堆肥，该高温复合菌剂促进了堆体的腐熟效果，提高了肥效，成功制备了优质生物有机肥；(4)白酒丢糟碳氮比低。碳氮比（C/N）是高效堆肥的最关键因素，对肥堆中微生物的生长活动、堆肥腐熟时间长短和有机肥的品质好坏都有很大的影响，最佳碳氮比在25～35之间[44-45]。原料碳氮比过高，碳多氮乏，原料中用于微生物生长繁殖的营养相对缺乏，微生物生长受到限制；碳氮比低于20∶1，碳少氮多，原料营养过于丰富，导致堆肥升温过程过于剧烈从而抑制微生物活动[38]。此外，丰富的氮元素会让微生物无法及时转化和充分利用，氮素转化为氨态氮挥发，导致氮素损失[46]。白酒丢糟的碳氮比在12～24 之间[47-48]，不经过处理的丢糟进行好氧堆肥发酵，易造成营养成分的丢失。郭夏丽等[37]以C/N 比为12.8 的酒糟进行高温好氧发酵堆肥，堆肥第12 天氮素损失率已达到20.8%，有机肥产品质量降低，因此，白酒丢糟堆肥过程中适当调节原料的碳氮比，有利于改善堆肥的品质和腐熟效果，有利于白酒丢糟的堆肥化生产。

4 展望

随着人们生活水平的提高，对安全优质农产品的需求越来越高，有机农产品市场供不应求，酒糟有机肥具有广阔的市场前景。综合相关文献可知，针对白酒丢糟生产有机肥的研究还处在起步阶段，许多相关研究还不完善，未来可从以下方面进一步加强研究：(1)针对不同地区气候情况、土壤类型、作物品种差异，选育营养、抗病和促生的优势菌群，制备以酒糟为原料的特定功能生物有机肥，加速酒糟的资源化利用的同时，实现有机绿色产品的大面积覆盖生产，提高人民生活质量水平；(2)利用功能菌（固氮、解磷、解钾、抗病等）联合酒糟生产功能生物有机肥，通过功能菌分泌生长激素，促进磷、钾等的释放调节植物生长发育，还可以利用产生的拮抗物质，如脂肽类物质，抑制病原微生物的生长繁殖，提高作物对生物和非生物胁迫的抵抗能力。综上，利用白酒丢糟生产有机肥具有广阔的发展前景，为丢糟的资源化利用提供重要途径，对推动中国白酒企业循环式生产、产业循环式组合，废物交换利用和循环使用，实现白酒绿色、循环、低碳的高质量发展具有重要意义。